Welten im Vergleich: Planeten und Lebensbedingungen

Welten im Vergleich
Planeten und
Lebensbedingungen
Günther Wuchterl
Didaktik der Astronomie VII, SS 2009
6. Vorlesung, 17.Juni 2009
Was ist ein Planet?
Gewidmet
Planet Pluto
1930 - 2006
Mesopotamien, -700
Planeten sind Wandelgestirne
Aristarch und Kopernikus
Planeten umkreisen die Sonne
●
Die Erde wird Planet
●
Die Sonne wird Stern
●
Nur der Mond kreist um die Erde
1596 Kepler
Mysterium Cosmographicum
1609: Galileo, das Teleskop und
Keplers Astronomia Nova
●
Jupitermonde: Monde umkreisen Planeten
●
Kepler: Neue Gestirne der Medici: Monde?
1766: Ordnung der Planeten
Die Planetenreihe von J. D. Titius und J. E.
Bode; Deutsche Übersetzung der Charles
Bonnetschen Comtemplation de la Nature von
Johann Daniel Titius (1729-1796)
Eine einfache Vorschrift zur Ermittlung der
Planetenabstände von der Sonne
1766: zunächst neuer Absatz
1772: in einer Fussnote
1772: Übernimmt Johann Elert Bode (1749-1826),
der Direktor der Berliner Sternwarte, die Reihe 1772
in seine Anleitung zur Kenntnis des gestirnten
Himmels.
13. März 1781 Uranus
Der siebente Planet
1. Jän. 1801 Ceres
Der achte Planet
Planeten: Von Acht zu Elf
Planet 9:
1802: Am 28. März entdeckt Olbers Pallas als
“Stern” 7. Größe
Gauss: Bahn 35° zur Ekliptik geneigt
Olbers: Bruchstücke eines Planeten
Planet 10:
1804: Karl Harding entdeckt Juno
Planet 11:
1807: Vesta, Olbers
PLANETENDÄMMERUNG
Alexander von Humboldt
KOSMOS
Band I, 1845: 14 Planeten
23. September 1846
Neptun:
Planeten stören Planeten
PLANETENDÄMMERUNG
Alexander von Humboldt
KOSMOS
Band I, 1845: 14 Planeten
Band III, 1850:
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Hauptplaneten,
Nebenplaneten (Satelliten), und
Kleine Planeten
20. Jahrhundert
●
●
Sterne sind
selbstleuchtend,
Planeten werden
beleuchtet;
... im sichtbaren Licht.
1930 Pluto
1990er: 3:2 Verhältnis der Umlaufszeiten von Neptune und Pluto
verhindert Annäherung: Abstand > 1 Mia km > 6 AE.
1988 Pluto ist chaotisch
Richtung in 100 Mio Jahren unvorhersagbar!
1979: Pluto-Mond Charon
Masse Plutos kleiner als unseres Mondes!
1989: Raumsonde Voyager II
Vorbeiflug an Neptun
Neptunmasse korrigiert: kein Planet X!
1992 QB1
Nach Pluto der zweite Transneptunier
In vorhergesagtem Abstand
Das Sonnensystem ist voll!
Neue Himmelskörper brauchen Platz
1994:
Das innere Sonnensystem ist
chaotisch
Richtungen der Planeten nach 20 Mio
Jahren unvorhersagbar!
Die Stabilität des Planetensystems ist nur
eine auf Zeit.
(136199) Eris ex 2003 UB313 ,”Xena”
Transneptunier grösser als Pluto
38 – 97 AE !
August 2006
Die Prager Debatte
Was ist ein Planet?
2006: Prager IAU-Definiton
PLANET
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Himelskörper auf einer Bahn um die
Sonne,
Er ist gerundet von seiner Schwerkraft,
Hat die Nachbarschaft seiner Bahn
aufgeräumt.
http://www.iau2006.org/mirror/www.iau.org/ia
2006: Prager IAU-Definiton
ZWERGPLANET
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●
●
●
Himelskörper auf einer Bahn um die
Sonne,
Er ist gerundet von seiner Schwerkraft,
Hat die Nachbarschaft seiner Bahn
nicht aufgeräumt.
http://www.iau2006.org/mirror/www.iau.org/ia
Resultat
Zwergplaneten
(1)
Ceres
(134340) Pluto
(136199) Eris
Plutos Gruppe: Plutoide
Was ist ein Planet?
Antwort derzeit nur im Sonnensystem,
aber ...
Jede Nacht gibt es eine neue Chance es
herauszufinden!
Exoplaneten
Überaschungen
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●
●
●
1992: A. Wolcszan PSR 1257+12
Pulsarplaneten
1994: G. Walker, vielleicht keine Planeten
1995: M. Mayor, 51 Pegasi b, 4 Tage-Jahr
Exzentrische Planeten
51 Pegasi b
4 Tage
0.05 AE
0,5x Jupiter
Seltsam aber
ähnlich:
das Pulsarsystem
Überragende
Genauigkeit
Kleinplaneten
nachweisbar!
SoSy-ähnliche
Bahnen und
Massen!
Radialgeschwindigkeit von 51 Peg
55 Cnc d – Beinahe Jupiter
2008: Bild des Dreifachsystems bei
HD 8799 = HIP 6813
The HR 8799 planetary system, as directly imaged by Christian Marois and colleagues. The speckled area in the centre is the residual light from the host star, while the red dots at 2, 5 and 10 o’ clock are the orbiting planets, imaged in the infrared. (Credit: National Research Council Canada) Bekannte Planeten
Februar 2009
Sonnensystem: 8, Exoplaneten: 344.
97,7 % der bekannten Planeten sind außerhalb des Sonnensystems
http://exoplanet.eu
Entdeckungen pro Jahr
EXOPLANETEN
Masse
 Kugelradius
Bahnradius  Nach rechts
Exzentrizität
 Nach hinten
Entdeckungsjahr  Nach oben
Seltsam nahe ?
Schnelle Funde!
Was ist ein Planetendurchgang?
Venustransit, 8. Juni 2004
Sonnenobservatorium
Kanzelhöhe
HD 149026 b – Transit-Saturn
Sato, Fischer et al. 2005
Wissen aus Durchgängen
●
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●
●
●
Durchgänge:
→ Umlaufszeit und Bahnneigung;
Abschwächung des Sternlichts:
→ Fläche und Radius;
Massenbestimmung:
→ Planetenschwerkraft und Mass
Masse und Radius ergeben Dichte:
→ Material
Informationen wie im Sonnensystem vor
Beginn der Untersuchung
mit Raumsonden
CoRoT
Convection
Rotation
Transits
In den Tagen vor dem 27. Dez. 2006
CoRoT-Start 26. Dez 2006
Wie man Planetendurchgänge
findet
Geduldig Sterne beobachten ...
Transit_HD.html
CoRoT – Sieben Entdeckungen
Entdeckung Boden und Weltraum
CoRoT-1b – 87 Tage - 78 Tranits
OGLE-TR-56
CoRoT­1b
Massenbestimmung von Planeten„Kandidaten“
1) Ist die Helligkeitsänderung ein Planet ?
2) Welche Masse hat der Planet ?
3) Stern- und Planeteneigenschaften?
1: Planet bei metallärmsten FG-Stern
Die
Lichtkurve
CoRoT-2b
20. Dez.
2007
Das Ding - CoRoT-3b
CoRoT-Exo-3b:
Planet oder Brauner Zwerg?
●
22 Jupitermassen
●
Jupiterradius
●
Dichte 29,4: mehr als zweimal Blei
●
Bahn wie Pegasi-Planeten
●
In der “Wüste” der Braunen Zwerge
●
Was ist ein Planet?
Umlaufszeit = Sterndrehung = 9d
Theorie liefert gute Planetemassen
Oktober 2007
CoRoTs erste lange Suchperiode
Richtung Einhorn
CoRoTs
Himmel
Durchgangssignal: LRa01_E2_0165
CoRoT-7 der Film
CoRoT Planeten in Rot
Planet
● bei Schnellrotation
● beim metallärmsten Stern
● Auf locker­
synchroniserter Bahn (˜10 days)
● Exo­terrestrischer planet mit 21h Jahr (Rp=1.6REarth)
CoRoT findet zuerst dort Planeten
wo bisher keine gefunden
wurden!
Die nächsten Schritte
●
Faktor zwei kleiner → unter Erdradius
●
Perioden bis 50 Tage → kühler
●
NASAs Kepler ist erfolgreich gestartet
–
1 Meter Schmidt Teleskop im Weltraum
–
Orbit um die Sonne
–
3 Jahre non-stop Beobachtungszeit
–
Beobachtung eines 10x10 Grad Feldes im
Schwan
Ist die Sonne typisch?
●
●
●
●
Qualifizierte Mehrheit der Sterne findet sich in
Systemen, >80%;
Mehrheit der Sterne etwas kühler und kleiner
als die Sonne (wie Proxima Centauri);
CoRoT-Messungen sonneähnlicher Sterne
zeigen erstmals deren “Brummen” wie jenes
der Sonne
CoRoT findet Sonnenverwandte sind unruhiger
Ist das Sonnensystem typisch?
●
●
●
50 Transitplaneten bestätigen Planetenmassen der 350 der “Gravitationsrüttler”;
Exoplaneten sind näher, größer, massereicher, oft exzentrischer;
Nahe, große und schwere Planeten sind leichter zu finden!
●
Systeme überall → Bahnbestimmung schwerer
●
“Brave” Sterne machen die Suche leichter
●
Erster exo­terrestrischer Planet: CoRoT­7b
Lebensbedingungen
Flüssiges Wasser
● Energie
● Zeit
●
Wasser
●
Flüssiges Wasser zumindest zeitweise ist
notwending für irdisches Leben
●
Passende Bedingungen: Druck, Temperatur
●
Temperatur:
●
–
Sternheizung – passender Abstand → “grüne
Gürtel in Planetensystemen “habitable Zone”
–
Planetare Treibhauseffekte
Druck: höher als Trippelpunkt von H2O
–
Planetenatmosphären, Hydrossph., Lithosph.
Energie
●
Freie Energie! … Wärme reicht nicht.
●
Quellen
●
–
Sternlicht
–
Gezeitenreibung
–
Radioaktiver Zerfall
Dosis
–
Passender Abstand vom Stern
–
Abschirmung von Strahlung (UV, kosm. Str.)
Zeit
●
●
●
●
Entwicklung der Lebewesen
Einzeller rasch: Mikro-Fossilien in ältesten
irdischen Gestein, ca 3,5 Ga knapp nach
Bombardement (Mond-Maria) 3,8 Ga
Vielzeller nach 4 Ga: kambrische Explosion vor
600 Ma.
Limitierende Faktoren
–
Sternlebensdauer – Ga für Sonne und kleiner
–
Stabilität der Planetensysteme : Architektur
–
Stabilität der Sterne - “Aktivität” - Flecken,
Flares
Bewohnbarkeit – Lebenszone
im Sonnensystem
Terrestrische Planeten
Merkur: keine Atmosphäre
Venus: Super-Treibhaus
Erde: bis jetzt ganz gut
Mars: Druck unter Wasser-Trippelpunkt –
Permafrost; Unterirdische Wasserkörper
Monde:
Unserer: keine Atmo?
Marsmonde: siehe
Kleinplaneten;
Phobos: instabil
grosse Eismonde:
Gezeiten-gewärmte
Ozeane (Europa ?)
unter Eispanzern;
Kleinmonde: keine
Atmo; Energie?
Kleinplaneten
Bahnstabilität: Eros ist Erdbahnkreuzer und Bahnverfalls in < 10 Ma
Kein Atmosphärendruck; Energiequelle nur
An der ungeschützten Oberfläche.
Gasplaneten
●
●
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Keine Oberflächen
Wasserarme
Atmosphären
Superkritische
Atmosphärenprofile –
keine Flüssigkeiten
Viel Wäme aus dem
Inneren
●
Periodische kurze Aufheizungen bei SonnenAnnäherungen.
●
Aminosäuren; H2O-Beitrag zum Ozean
●
Kern aus Eis-Staub-Gemisch;
●
Keine Atmosphäre;
Aufgaben: Welten im Vergleich
1) Erstellen Sie ein Modell zum Größenvergleich der 8
SoSy-Planeten und von 4 Exoplaneten (Daten
http://exoplanet.eu );
2) Erstellen Sie eine eine Liste von fünf mit dem Auge
sichtbaren Mutter-Sternen von Planeten
3) Probieren Sie die Planeten-Such-Simulatoren der Univ.
von Nebraska und beurteilen Sie die Brauchbarkeit (1000
Anschläge). http://astro.unl.edu/naap/esp/esp.html
4) [Zusatz] Schätzen Sie die „bewohnbare Zone“ - den
passenden Abstand - für Planeten bei 4 Sternen Ihrere
Wahl (Heizung durch den Stern und Treibhauseffekt).
Src01 mosaic, Alfred Jensch 2m TLS Tautenburg, Bringfried Stecklum